DE69812904T2

DE69812904T2 - Greifvorrichtung für futterrohre

Info

Publication number: DE69812904T2
Application number: DE69812904T
Authority: DE
Inventors: Bernd-Georg Pietras; Joerg-Erich Schulze-Beckinghausen; Andreas Carlsson
Original assignee: Weatherford Lamb Inc
Current assignee: Weatherford Lamb Inc
Priority date: 1997-01-30
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: US6332377B1; NO993493D0; EP0960256A1; CA2278935C; CA2278935A1; AU5772298A; AU730036B2; WO1998034004A1; DE69812904D1; GB9701939D0; NO993493L; NO314418B1; EP0960256B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Greifanordnung zum Greifen von Futterrohr, eine mit einer solchen Greifanordnung versehene Klemmbackenbaugruppe und eine mit zwei oder mehreren solcher Klemmbackenbaugruppen ausgestattete Zange.
Während des Aufbaus von Erdöl- und Erdgasbohrungen wird ein Bohrloch in den Boden gebohrt Danach wird ein Strang von Rohrabschnitten, allgemein als „Futterrohr" bezeichnet, in das Bohrloch hinabgesenkt und der ringförmige Raum zwischen dem Bohrloch und dem Futterrohr mit Zement gefüllt.
Jede Futterrohrlänge wird an die nächste geschraubt und bis zu einem vorher festgelegten Drehmoment festgezogen, unter Verwendung einer Vorrichtung, die als eine „Zange" bekannt ist. Die Zange umfaßt zwei oder mehr Klemmbackenbaugruppen, die aktiviert werden können, um das Futterrohr zu greifen und es danach um seine Längsachse zu drehen.
In der Vergangenheit wurde Futterrohr aus dickwandigem Stahlohr hergestellt, das außerordentlich stabil war. Solches Futterrohr konnte leicht durch herkömmliche Klemmbackenbaugruppen gegriffen werden, die mit Zähnen versehen waren, die in die Oberfläche des Futterrohrs eindrangen, um den gewünschten Griff zu erreichen.
Als die Bohrungen tiefer wurden und abgelenktes Bohren verbreiteter wurde, wurde das herkömmliche Futterrohr durch „Premium"-Futterrohr ersetzt, das erheblich leichter ist als herkömmliches Futterrohr. Die Wände eines solchen Futterrohrs könnten durch die Zähne herkömmlicher Klemmbackenbaugruppen leicht beschädigt werden, und es sind verschiedene neue Klemmbackenbaugruppen entwickelt worden, um Premium-Futterrohr zu greifen, während eine Beschädigung desselben auf ein Minimum reduziert wird.
Eine solche Klemmbackenbaugruppe, die durch die Anmelder des Vorliegenden entwickelt worden ist, und die in EP-A-0 482 158 beschrieben wird, umfaßt eine Greifanordnung mit einem Elastomersubstrat, in das eine Vielzahl von Nadeln eingebettet werden, deren Spitzen in Radialrichtung nach innen vorstehen, um das Futterrohr zu greifen. Diese Klemmbackenbaugruppe hat hervorragende Greifeigenschaften und verursacht eine minimale Beschädigung der Oberfläche von Premium-Futterrohr. Jedoch ist sie verhältnismäßig teuer in der Herstellung und neigt zur Bildung von „kahlen" Stellen, insbesondere, falls das Futterrohr eine unregelmäßige Oberfläche hat. Die Bildung von abgenutzten Stellen erfordert ein vorzeitiges Ersetzen der Greifanordnung.
Zum Zweck des Bereitstellens einer weniger teuren Anordnung, die weniger zur Bildung von abgenutzten Stellen neigt, stellt die vorliegende Erfindung eine Greifanordnung zum Greifen von Futterrohr bereit, dadurch gekennzeichnet, daß sie ausreichend flexibel ist, um sich an das Futerrohr anzupassen, und wesentlich unelastisch ist.
Es sollte bemerkt werden, daß herkömmliche Klemmbacken unelastisch sind und sich nicht an die Außenseite eines Futterrohrs anpassen können, während die Greifanordnung von EP-A-0 482 158, auf Grund ihres Elastomersubstrats, elastisch ist, und eine auf eine Nadel ausgeübte Umfangskraft nicht unmittelbar auf angrenzende Nadeln verteilt wird. Eine Anordnung wie im Oberbegriff von Anspruch 1 ist von WO 91/02693 A bekannt.
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Greifanordnung zum Greifen von Futterrohr bereitgestellt, wobei die Greifanordnung ein bogenförmiges Kissen aus einem elastischen Elastomermaterial, das mit einer flexiblen, wesentlich unelastischen Schicht versehen ist, und eine flexible Trägerplatte zwischen den bogenförmigen Kissen aus einem elastischen Elastomermaterial und der flexiblen, wesentlich unelastischen Schicht umfaßt, wobei die Trägerplatte mit Seitenflanschen zum Einführen in einen Klemmbackenhalter versehen wird, wobei die Anordnung derart ist, daß die flexible, wesentlich unelastische Schicht bei Verwendung eine Umfangskraft auf einen Klemmbackenhalter übertragen kann und das bogenförmige Kissen aus einem elastischen Material die flexible, wesentlich unelastische Schicht gegen den Umfang einer Futterrohrlänge drückt, um sich wesentlich derselben anzupassen, wobei die flexible, wesentlich unelastische Schicht eine Grobsandbeschichtung umfaßt.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel umfaßt die Greifanordnung eine Schicht aus einem flexiblen Material, die eine Oberfläche mit Rippen und Furchen hat, zum Beispiel in der Art der Oberfläche einer Feile. Das flexible Material ist vorzugsweise Metall, zum Beispiel Stahlblech mit einer Dicke von 1,5 mm.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Greifanordnung eine Schicht eines perforierten Materials umfassen, von der eine oder beide Oberflächen mit Grobsand beschichtet werden, um das Haften zu erleichtern. Die Schicht wird typischerweise aus Metall gebildet, zum Beispiel Stahlblech mit einer Dicke von 1,5 mm. Die Schicht kann in Verbindung mit einer Trägerplatte verwendet werden oder allein verwendet werden.
Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Greifanordnung eine Schicht eines Streckgitters umfassen, das geglättet worden ist. Eine oder beide Oberflächen des Streckgitters werden mit Grobsand beschichtet, und die Schicht kann in Verbindung mit einer Trägerplatte verwendet werden oder allein verwendet werden.
Der Grobsand kann zum Beispiel Diamantstaub, Teilchen von Silizium, Zirkon, Wolframkarbid und Mischungen derselben umfassen.
Die Greifanordnung kann Endplatten umfassen, die an der Trägerplatte angebracht werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls eine Klemmbackenbaugruppe bereit, die mit einer Greifanordnung nach der vorliegenden Erfindung ausgestattet wird.
Vorzugsweise schließt die Klemmbackenbaugruppe einen Klemmbackenhalter ein, der eine bogenförmige Aussparung hat, die ein bogenförmiges Kissen aus einem elastischen Elastomermaterial aufnimmt, das die Greifanordnung trägt.
Vorteilhafterweise wird wenigstens eine Unterlegplatte bereitgestellt, die zwischen dem bogenförmigen Kissen aus einem elastischen Elastomermaterial und der Greifanordnung angeordnet wird. Die Unterlegplatte wird flexibel und allgemein von 0,5 mm bis 1,0 mm dick sein und aus Stahlblech hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls eine Zange bereit, ausgestattet mit wenigstens zwei Klemmbackenbaugruppen nach der vorliegenden Erfindung.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun als Beispiel Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eine Klemmbackenbaugruppe nach der vorliegenden Erfindung ist,
2 ein Seitenriß der Klemmbackenbaugruppe längs der Linie II–II von 1 ist,
3 eine Ansicht längs der Linie III–III von 2 ist und eine zweite Klemmbackenbaugruppe zeigt,
4 in einem vergrößerten Maßstab das in 3 eingekreiste und mit der Referenzzahl IV identifizierte Detail zeigt,
5 ein Aufriß eines ersten Ausführungsbeispiels eines flexiblen Greifelements nach der vorliegenden Erfindung, das bei der in 1 bis 4 gezeigten Klemmbackenbaugruppe verwendet wird, ist,
6, 7 und 8 Aufrisse von alternativen flexiblen Greifelementen zeigen, und
9 schematisch zeigt, wie bei Verwendung die Kräfte durch das flexible Greifelement übertragen werden.
Mit Bezugnahme auf 1 bis 5 der Zeichnungen wird eine Klemmbackenbaugruppe gezeigt, die allgemein durch die Referenzzahl 1 identifiziert wird.
Die Klemmbackenbaugruppe 1 umfaßt einen Klemmbackenhalter 2, der mit einer bogenförmigen Aussparung 3 versehen wird, die ein bogenförmiges Kissen 4 aus einem elastischen Elastomermaterial aufnimmt.
Ein Block 5 aus Stahl wird, wie gezeigt, in jedes Ende des bogenförmigen Kissens 4 geformt.
Drei dünne Unterlegplatten 6 aus Metall, die jede eine Dicke von etwa 0,5 mm haben, werden auf der Innenfläche des bogenförmigen Kissens 4 angeordnet und tragen eine Greifanordnung 7, die eine Trägerplatte 8 und eine Reibungsschicht 9 umfaßt. Die Trägerplatte 8 hat Seitenflansche 10 und 11, die wie gezeigt über den Blöcken 5 klemmen. Der Oberteil und der Unterteil der Trägerplatte 8 werden an Endplatten 12 und 13 heftgeschweißt, die durch Innensechskant-Schrauben 14 an den Klemmbackenhalter 2 geschraubt werden.
Die Reibungsschicht 9 umfaßt ein Blatt Zirkonpapier, das mit der Trägerplatte 8 verbunden wird.
Die Trägerplatte 8 wird aus Stahlblech hergestellt und ist annähernd 1,5 mm dick. Als solches ist sie ziemlich flexibel.
Bei Verwendung werden zwei oder mehr Klemmbackenbaugruppen in einer Zange untergebracht und werden um eine Länge Futterrohr angeordnet.
Die Klemmbackenbaugruppen 1, 1' werden danach in der Richtung der Pfeile „A" (3) in Radialrichtung nach innen vorgeschoben, bis sie mit dem Futterrohr ineinandergreifen und dasselbe fest greifen.
Auf Grund des flexiblen Ausbaus der Greifanordnung 7, der Unterlegplatten 6 und des bogenförmigen Kissens 4 paßt sich die Reibungsschicht 9 wesentlich dem Umfang des Futterrohrs an und greift das Futterrohr mit einer wesentlich gleichmäßigen Greifwirkung.
Sobald das Futterrohr fest gegriffen worden ist, werden die Klemmbacken auf die übliche Weise durch die Zange gedreht. Es wird bemerkt werden, daß auf die Reibungsfläche ausgeübte Kräfte durch die Trägerplatte 8 übertragen werden, so daß alle örtlichen Lasten, die zum Beispiel durch eine Unregelmäßigkeit in der Oberfläche des Futterrohrs bewirkt werden, durch die Trägerplatte 8 wieder verteilt und über den Seitenflansch 11 und das bogenförmige Kissen 4 auf den Klemmbackenhalter 2 übertragen werden. Dies wird in 9 illustriert.
Verschiedene Modifikationen am beschriebenen Ausführungsbeispiel werden beabsichtigt, zum Beispiel könnte die Reibungsschicht 9 Silikapapier, Karborundpapier, Wolframkarbidpapier oder Diamantpapier umfassen, wobei der hierin verwendete Begriff „Papier" Gewebe einschließt.
Falls gewünscht, könnte die Reibungsschicht 9 eine Schicht aus einem flexiblen Material, zum Beispiel Metall, mit einer Oberfläche umfassen, die mit Rippen und Furchen geformt wird, ähnlich der Oberfläche einer Metallfeile. Eine solche Anordnung wird in 6 gezeigt, wo die Reibungsschicht durch die Referenzzahl 9' identifiziert worden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel könnte die Reibungsschicht 9' mit der Trägerplatte 8 verbunden werden. Jedoch ist es denkbar, daß auf die Trägerplatte 8 verzichtet werden könnte, da die Reibungsschicht 9' selbst in der Lage wäre, Umfangskräfte wieder zu verteilen. Falls gewünscht, könnte auf die Blöcke 5 verzichtet werden, insbesondere, falls das bogenförmige Kissen 4 aus einem verhältnismäßig festen elastischen Elastomermaterial hergestellt wird. Auf die Unterlegplatten 6 könnte ebenfalls verzichtet werden, obwohl sie dazu beitragen, zu verhindern, daß das elastische Elastomermaterial des bogenförmigen Kissens 4 unter Druck herausgedrückt wird.
7 zeigt eine andere Reibungsschicht 9'', die ein perforiertes Sieb umfaßt, dessen freiliegende Fläche mit Grobsand, vorzugsweise Zirkon-Grobsand, beschichtet wird. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß von der Oberfläche des Futterrohrs gelöste Farbe oder Schmutz in den Perforationen des Siebs aufgenommen werden kann. Aufgrund der großen Zahl von Löchern im perforierten Sieb wird das perforierte Sieb vorzugsweise in Verbindung mit einer Trägerplatte 8 verwendet, an der es vorzugsweise entweder durch einen Klebstoff oder durch Löten oder Schweißen befestigt wird. Es hat sich außerdem als wünschenswert erwiesen, diejenige Oberfläche des perforierten Siebs, die zur Trägerplatte 8 zeigt, mit Grobsand zu beschichten, um die Übertragung von Kräften zwischen denselben zu verbessern. Falls gewünscht, ist es denkbar, auf die Trägerplatte 8 zu verzichten, obwohl dies nicht empfohlen wird.
8 zeigt eine andere Reibungsschicht 9''', die aus einem Streckgitter gebildet wird, das zwischen zwei Walzen geglättet worden ist. Die beiden Oberflächen des Streckgitters sind mit Wolframkarbid-Grobsand beschichtet worden, die eine, um das Greifen des Futterrohrs zu verbessern, und die andere, um das Greifen der Trägerplatte 8 zu verbessern. Wie bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel können die Räume zwischen den Öffnungen im Gitter Trümmer aufnehmen, die sonst ein wirksames Greifen des Futterrohrs hemmen könnten. Falls gewünscht, könnte die Außenfläche des Streckgitters mit Wolframkarbid-Grobsand beschichtet und die Innenfläche hart oder weich an die Trägerplatte 8 gelötet werden.
Es ist denkbar, daß auf die Unterlegplatten 6 verzichtet werden könnte. Jedoch wird dies nicht empfohlen, da sie dazu beitragen, örtlich festgelegte Radiallasten wieder über die Fläche des bogenförmigen Kissens 4 zu verteilen.
Für außerordentlich leichte Lasten ist es denkbar, daß die Greifanordnung 7 einfach ein Blatt Schleifpapier ohne eine Trägerplatte 8 umfassen könnte. Jedoch wird dies nicht empfohlen, da es wahrscheinlich nicht ausreichend haltbar sein würde.
Bei Verwendung kann die Greifanordnung 7 schnell durch Abschrauben der Innensechskant-Schrauben 14, Abnehmen der Endplatten 12 und 13 zusammen mit der Greifanordnung 7 und Einbauen einer neuen Anordnung ausgetauscht werden. Da es normalerweise wesentlich ist, die Austauschzeit auf ein Minimum zu reduzieren, wird die Greifanordnung 7 normalerweise vollständig mit den Endplatten 12 und 13 geliefert werden. Jedoch könnte die Greifanordnung 7 abnehmbar an den Endplatten 12 und 13 angebracht werden, falls gewünscht.
Während die vorliegende Erfindung vorrangig zum Greifen von Futterrohr zum Drehen bestimmt ist, könnten Greifanordnungen nach der vorliegenden Erfindung zum Greifen und Drehen anderer Rohrabschnitte, zum Beispiel Bohrstränge, oder zur Verwendung bei Rohrklemmkeilen verwendet werden, zum Beispiel zum Stützen eines Futterrohrstrangs oder Bohrstrangs, während Längen an denselben angefügt oder von demselben abgenommen werden.

Claims

Greifanordnung zum Greifen von Futterrohr, wobei die Greifanordnung ein bogenförmiges Polster aus einem elastischen Elastomermaterial (4) umfaßt, das mit einer flexiblen, wesentlich unelastischen Schicht (9, 9', 9'', 9''') versehen ist, wobei die Anordnung derart ist, daß die flexible, wesentlich unelastische Schicht (9, 9', 9'', 9''') bei Verwendung eine Umfangskraft auf einen Klemmbackenhalter (2) übertragen kann und das bogenförmige Kissen aus einem elastischen Material (4) die flexible, wesentlich unelastische Schicht (9, 9', 9'', 9''') gegen den Umfang einer Futterrohrlänge drückt, um sich wesentlich derselben anzupassen, wobei die Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie außerdem eine flexible Trägerplatte (8) zwischen den bogenförmigen Kissen aus einem elastischen Elastomermaterial und der flexiblen, wesentlich unelastischen Schicht umfaßt, wobei die Trägerplatte (8) mit Seitenflanschen (11) zum Einführen in einen Klemmbackenhalter versehen wird und die flexible, wesentlich unelastische Schicht eine Grobsandbeschichtung umfaßt.
Greifanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible, wesentlich unelastische Schicht eine Fläche mit Rippen und Furchen (9') umfaßt.
Greifanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible, wesentlich unelastische Schicht eine Schicht eines perforierten Materials (9'', 9''') umfaßt.
Greifanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible, wesentlich unelastische Schicht eine Schicht eines Streckgitters umfaßt, das geglättet worden ist (9''').
Greifanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Grobsand aus der Gruppe gewählt wird, die aus Diamantstaub, Zirkonteilchen, Silikateilchen, Karborundteilchen und Mischungen derselben besteht.
Greifanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die an der Trägerplatte (8) angebrachte Endplatten (12, 13) einschließt.
Klemmbackenbaugruppe, die einen Klemmbackenhalter (2) umfaßt und mit einer Greifanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestattet wird.
Klemmbackenbaugruppe nach Anspruch 7, bei welcher der Klemmbackenhalter (2) eine bogenförmige Aussparung (3) hat, die das bogenförmige Kissen aus einem elastischen Elastomermaterial (4) aufnimmt.
Klemmbackenbaugruppe nach Anspruch 8, die wenigstens eine Unterlegplatte (6) zwischen dem bogenförmigen Kissen aus einem elastischen Elastomermaterial (4) und der flexiblen, wesentlich unelastischen Schicht (9, 9', 9'', 9''') einschließt.
Zange, ausgestattet mit wenigstens zwei Klemmbackenbaugruppen nach Anspruch 7 oder 8.